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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes
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52documents trouvés

16477
15/12/2016

Microwave sources based on high quality factor optical resonators; Modeling, optimization and metrology

Z.ABDALLAH

MOST

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 15 Décembre 2016, 150p., Président: V.GIORDANO, Rapporteurs: M.VALLET, A.L.BILLABERT, Examinateurs: G.CIBIEL, Directeurs de thèse: O.LLOPIS, A.FERNANDEZ , N° 16477

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Résumé

La technologie photonique-RF offre une alternative intéressante à l’approche purement électronique dans différents systèmes micro-ondes pour des applications militaires, spatiales et civiles. Un composant original, l’oscillateur optoélectronique (OEO), permet la génération de signaux RF stables et à haute pureté spectrale. Il est basé sur une liaison photonique micro-onde utilisée comme boucle de rétroaction et comportant soit une fibre longue, soit un résonateur à fort coefficient de qualité. Différentes études ont été menées au cours de cette thèse afin d’optimiser et d’améliorer la performance en termes de stabilité et de bruit de phase pour le cas de l’OEO à résonateur. La caractérisation fine et la modélisation des résonateurs est une première étape de la conception globale du système. La métrologie du résonateur optique est réalisée par une technique originale, dite de spectroscopie RF. Les résultats expérimentaux ont révélé que cette technique permet d’une part d’identifier le régime de couplage du résonateur et d’autre part de déterminer avec une grande précision tous les paramètres d’un dispositif résonant, comme les facteurs de qualité interne et externe ou les facteurs de couplage. Une deuxième étude a été orientée vers l’implémentation d’un modèle non-linéaire fiable du dispositif. Dans un tel modèle, la photodiode rapide nécessitait une description plus précise, dans le but de contrôler la conversion du bruit d’amplitude optique en bruit de phase de l’OEO. Un nouveau modèle non-linéaire d’une photodiode hyperfréquence a été développé sous un logiciel commercial: Agilent ADS. Ce nouveau modèle rend effectivement compte de cette conversion de bruit. Une puissance optique optimale à l’entrée de la photodiode a été déterminée, pour laquelle la contribution de 𝑅𝐼𝑁 du laser au bruit de phase RF pourrait être négligeable. La performance de l’OEO est affectée par diverses perturbations entrainant un décalage en fréquence entre la fréquence du laser et la fréquence de résonance du résonateur. Il est donc important d’utiliser un système de stabilisation pour contrôler cette différence de fréquence. Des séries d’expériences et de tests ont été menées pour étudier la possibilité, d’une part, de remplacer l’électronique commerciale utilisée auparavant pour le système de verrouillage en fréquence (boucle de Pound-Drever-Hall) par une électronique faible bruit et, d’autre part, d’utiliser un laser à semi-conducteur. Un bilan de ces approches est présenté.

Abstract

RF photonics technology offers an attractive alternative to classical electronic approaches in several microwave systems for military, space and civil applications. One specific original architecture dubbed as optoelectronic oscillator (OEO) allows the generation of spectrally pure microwave reference frequencies, when the microwave photonic link is used as a feedback loop. Various studies have been conducted during this thesis on the OEO, especially the one that is based on fiber ring resonators, in order to optimize and improve its phase noise performance and its long-term stability. Precise characterization and modeling of the optical resonator are the first step towards overall system design. The resonator metrology is performed using an original approach, known as RF spectral characterization. The experimental results have demonstrated that this technique is helpful for the identification of the resonator’s coupling regime and the accurate determination of the main resonator parameters such as the intrinsic and extrinsic quality factors or the coupling coefficients. A second study was directed toward implementing a reliable nonlinear model of the system. In such a model, the fast photodiode require an accurate description, in order to reduce the conversion of the optical amplitude noise into RF noise. A new nonlinear equivalent circuit model of a fast photodiode has been implemented in a microwave circuit simulator: Agilent ADS. This new model is able to describe the conversion of the laser relative intensity noise (𝑅𝐼𝑁) into microwave phase noise at the photodiode output. An optimal optical power at the photodiode’s input has been identified, at which the contribution of the laser 𝑅𝐼𝑁 in RF phase noise is negligible. When it comes to practical applications, the desired performance of an OEO is threatened by various disturbances that may result in a frequency shift of both the laser frequency and the transmission peak of the resonator, which causes a malfunction of the OEO. Therefore it is desirable to use a stabilization system to control the difference between the laser frequency and the resonator frequency. A series of tests and experiments have been carried out to investigate the possibility, on one hand, to replace the commercial servo controller that was used up until now in the Pound-Drever-Hall loop, with a low noise homemade one and, on the other hand, to use a semiconductor laser to reduce the system size. A detailed review of these approaches is presented.

Mots-Clés / Keywords
RF photonics; Optical resonator; Microwave sources; Phase noise; Modeling; Optique hyperfréquence; Résonateurs optiques; Sources micro-ondes; Bruit de phase; Modélisation;

138575
16481
06/12/2016

Nouveaux concepts de filtres spectraux ultra-sélectifs pour spectroscopie embarquée

K.SHARSHAVINA

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Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 6 Décembre 2016, 174p., Président: V.PAILLARD, Rapporteurs: Y.JOURLIN, F.BAIDA, Examinateurs: A.TALNEAU, Directeurs de thèse: P.ARGUEL, A.L.FEHREMBACH , N° 16481

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01451002

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Abstract

Guided Mode Resonance Filters ( GMRF ) are a new generation of narrowband optical filters and are a very promising alternative to conventional multilayer Fabry-Perot filters. The resonance peak of GMRF can be spectrally extremely thin and with a centering wavelength tunable according to the angle of incidence of the light. These properties are particularly important for spectroscopy. Previous works have helped to implement an original structure with two 1D crossed gratings. The performance of this filter overpasses those of conventional filters in their spectral subnanometric response, tunability and their ability to overcome the influence of the polarization of the incident wave under oblique incidence. The aim of this work is to explore the final performances of such devices in terms of resolution and rejection rate, thanks to an approach combining theory, fabrication technology and characterization. We present experimental results of a polarization independent reflective filter, tunable over 40 nm with a tunability of 8.3 nm/, having a reflection of 10−3 on a 90 nm range outside the resonance and a quality factor over 5000.

Résumé

Les filtres spectraux à réseaux résonants, ou GMRF (Guided-Mode Resonance Filters), sont une nouvelle génération de filtres à bande étroite et constituent une alternative très prometteuse aux filtres conventionnels multicouches Fabry-Pérot. Le pic de résonance d’un GMRF peut être très fin spectralement et de longueur d’onde de centrage accordable en fonction de l’angle d’incidence. Ces propriétés sont particulièrement importantes pour la spectroscopie. Les travaux antérieurs ont permis de mettre en oeuvre une structure originale comportant deux réseaux 1D croisés. Les performances de ce filtre surpassent celles des filtres conventionnels par leur réponse spectrale subnanométrique, leur accordabilité, et leur capacité à s’affranchir de l’influence de la polarisation de l’onde incidente sous incidence oblique. Le but de ce travail est d’explorer les performances ultimes de ce type de dispositif en termes de résolution et taux de réjection, par une approche mêlant théorie, technologie et caractérisation. Nous présentons des résultats expérimentaux d’un filtre en réflexion indépendant de la polarisation, accordable sur 40 nm avec 8,3 nm/ d’accordabilité, ayant une réflexion de 10−3 sur une plage de 90 nm en dehors de la résonance et un facteur de qualité supérieur à 5000.

Mots-Clés / Keywords
Filtre optique; Filtre spectral; Bande-étroite; Réseau résonnant; Indépendance à la polarisation; Accordabilité spectrale; Résonance de mode guidée; Sub-longueur d’onde; Nanophotonique; Nanoimprint; Spectroscopie embarquée; Spectroscopie infrarouge; Caractérisation spectrale; Optical filters; Spectral filter; Narrow band; Resonant grating; Polarization independence; Tunability; Guided-mode resonance; Subwavelength; Nanophotonics; Embedded spectroscopy; Infrared spectroscopy; Spectral characterization;

138593
16475
05/12/2016

Nouvelles architectures de composants photoniques par l'ingénierie du confinement électrique et optique

G.LAFLEUR

PHOTO

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 5 Décembre 2016, 150p., Président: A.MLAYAH, Rapporteurs: B.PANICAUD, S.BARBAY, Examinateurs: J.JACQUET, Directeurs de thèse: S.CALVEZ, G.ALMUNEAU , N° 16475

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01449561

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Abstract

Optical and electrical confinement using Al(Ga)As layer oxidation is a key milestone in the fabrication of active and passive GaAs-based photonic components. To optimize those devices, through the control of the optical and electrical confinements, a better modelling of oxidation process and a better understanding of optical properties of aluminum oxide (AlOx) is required. One part of this work is focusing on a throughout experimental study of AlGaAs oxidation kinetics, where I studied different important parameters such as wafer temperature, gallium composition, atmospheric pressure and mesa geometry. Then, I developed a new predictive model taking into account the process anisotropy, thus allowing a better temporal and spatial of AlAs oxidation front evolution. Finally, I could exploit this technological process to realize whispering gallery mode microdisks as well as slot optical waveguides, and I have characterized this latter photonic devices.

Résumé

Le confinement électrique et optique par oxydation des couches minces d’AlGaAs est une étape essentielle dans la réalisation des composants photoniques actifs et passifs dans la filière de matériaux GaAs. La recherche de performances ultimes sur ces composants nécessite une meilleure maîtrise du procédé d’oxydation ainsi qu’une meilleure connaissance des propriétés optiques de l’oxyde d’aluminium (AlOx). Dans cette perspective, j’ai d’abord réalisé une étude expérimentale de la vitesse d’oxydation des couches d’AlGaAs en fonction de la température du substrat, de la composition en gallium des couches étudiées, de la pression atmosphérique et de la géométrie des mesas considérés. Puis, j’ai établi un modèle anisotrope permettant une meilleure résolution spatiale et temporelle de la forme du front d’oxydation de l’AlAs. Enfin, j’ai exploité ce procédé pour réaliser des composants d’optique guidée notamment des micro-résonateurs puis réalisé des guides optiques à fente et caractérisé leurs performances optiques.

Mots-Clés / Keywords
Semi-conducteurs III-V; Confinement optique; Oxydation humide d’AlGaAs; Micro-résonateurs à mode de galerie; Guide optique à fente; III-V semi-conductors; Wet oxidation of aluminum arsenide; Optical confinement; Whispering gallery mode microdisks; Slot waveguides;

138553
16329
13/10/2016

Etude des propriétés spectrales et spatiales de réflecteurs et coupleurs résonants

R.LABERDESQUE

PHOTO

Doctorat : INSA de Toulouse, 13 Octobre 2016, 209p., Président: D.DRAGOMIRESCU, Rapporteurs: E.CENTENO, Y.JOURLIN, Examinateurs: A.BOUCHIER, P.FERON, T.GACOIN, Directeurs de thèse: H.CAMON, A.MONMAYRANT , N° 16329

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Abstract

The study is focused on the spectral and spatial properties of resonant grating structures. Resonant gratings in cavity are identified as structures allowing the fabrication of small-area and efficient reflectors and couplers. A model based on coupled mode theory has been developped, enabling fast modeling and design of this kind of structures. Thanks to this model we improved our understanding of the spectral and spatial properties of resonant gratings in cavity. In particular, we have established the relationship between the structure’s geometry and the spectral and spatial properties of the modes which efficiently interact with the structures when used as reflectors or as couplers. The design of coupling structures with high-quality factor and controlled spatial profiles on cm-sized surfaces has been studied. Two axis of research are presented : structures composed of several cavities and structures composed by one large cavity. The later ones allow a better control of the spatial properties both in intensity and phase. We demonstrate that these structures have a high potential for holography. Design of such structures with low contrast index is also considered, particularly the design and fabrication of polymer-based waveguiding structures.

Résumé

L’étude porte sur les propriétés spectrales et spatiales de structures à réseaux résonants. Les réseaux résonants en cavité sont identifiés comme des structures permettant la réalisation de réflecteurs et de coupleurs efficaces sur de petites dimensions. Un modèle basé sur la théorie des modes couplés a été développé permettant la modélisation et la conception rapide de ce type de structures. La modélisation a contribué à la compréhension des propriétés spectrales et spatiales de réseaux résonants en cavité. Elle permet notamment de faire le lien entre les propriétés spectrales et spatiales des modes pouvant interagir efficacement avec les structures utilisées comme réflecteurs ou coupleurs. La conception de structures couplantes à fort facteur de qualité et aux profils spatiaux contrôlés sur des surfaces de l’ordre du cm a été étudiée. Deux axes de recherches sont présentés : des structures composées de plusieurs cavités et des structures possédant une seule grande cavité. Ce dernier axe permet une plus grande maîtrise des propriétés spatiales en intensité et en phase. Il est démontré que ces structures ont un fort potentiel en holographie. La conception de telles structures avec des matériaux de bas indice est également abordée, en particulier la conception et la réalisation de guides d’onde en polymères qui sont la base de ces structures. Les dimensionnements déterminés par la modélisation sont compatibles avec des matériaux présentant de faibles sauts d’indice.

Mots-Clés / Keywords
Optique; Réseaux résonants; Coupleur; Réflecteur; Infrarouge; Modes couplés; Optic; Resonant gratings; Coupler; Infrared; Coupled modes;

137755
16370
07/10/2016

Conception, réalisation et caractérisation d’inductances et de transformateurs tridimensionnels pour applications RF et microondes

O.BUSHUEVA

MOST

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 7 Octobre 2016, 135p., Président: J.B.BEGUERET, Rapporteurs: E.RIUS, J.M.LAHEURTE, Examinateurs: A.GHANNAM, Directeurs de thèse: T.PARRA, C.VIALLON , N° 16370

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Abstract

The miniaturization, fabrication and integration of RF passive components are current major challenges, also taking into account the fabrication cost which is very important especially for consumer applications. Passive components such as inductors and transformers are subject to an ongoing development to improve their performance and reduce the area occupied. The work described in this manuscript is part of that context and target the development of a new technological process allowing the production of low-cost threedimensional high-performance inductive components. The work presented in this paper is divided into four chapters. The first chapter describes the state of the art of integrated inductors and transformers by addressing the main topologies used fabrication technologies and applications. In the second chapter, the study and optimization of solenoid inductors and transformers is discussed after describing the origins of performance limiting losses. For this, we use the 3D electromagnetic simulation. In the third chapter, the problem concerning the characterization of inductive components with high Q factor is raised. After finding that the measurement environment artificially reduces performance, some solutions are proposed and experimentally verified. Finally, the last chapter discusses the fabrication and characterization of developed components. The best measured performance corresponds to a quality factor of 61 to 5.4 GHz for an inductance value of 2.5 nH and a maximum available gain from -0.5 dB to 0.39 dB over the range from 3.8 to 6.5 GHz for a 2:2 transformer. These results place these components among the best current achievements.

Résumé

La miniaturisation, la fabrication et l’intégration des composants passifs RF constituent des enjeux majeurs actuels, sans oublier le critère du coût de fabrication, très important notamment pour les applications grand public. Les composants passifs tels que les inductances et les transformateurs font l’objet d’un effort de développement permanent pour accroitre leurs performances et réduire la surface occupée. Les travaux décrits dans ce manuscrit s’inscrivent dans ce contexte et visent le développement d’une nouvelle filière technologique permettant la réalisation à faible coût de composants inductifs tridimensionnels à hautes performances. Le travail présenté dans ce mémoire s’articule en quatre chapitres. Le premier chapitre dresse un état de l’art des inductances et des transformateurs intégrés en abordant les principales topologies utilisées, les technologies de fabrication et les applications. Dans le deuxième chapitre, l’étude et l’optimisation des inductances et des transformateurs solénoïdaux est abordée après avoir décrit les origines des pertes limitant les performances. Pour cela, nous avons recours à la simulation électromagnétiques 3D. Dans le troisième chapitre, un problème de caractérisation des composants inductifs à forts coefficients de surtension est soulevé. Après avoir constaté que l’environnement de mesure réduisait artificiellement les performances, quelques solutions sont proposées et vérifiées expérimentalement. Enfin, le dernier chapitre traite de la fabrication et de la caractérisation des composants mis au point. Les meilleures performances mesurées correspondent à un facteur de qualité de 61 à 5,4 GHz pour une inductance de 2,5 nH et un gain maximum disponible de -0,5 dB à -0,39 dB sur la plage 3,8 - 6,5 GHz pour un transformateur 2:2. Ces résultats placent ces composants parmi les meilleures réalisations actuelles.

Mots-Clés / Keywords
Solénoïde; Inductance à fort coefficient de qualité Q; Transformateur; Substrat à haute résistivité; SU8; Pointe RF; Couplage électromagnétique; Radiation; Solenoid; High-Q-Inductor; Transformer; High-resistivity substrate; RF probe; Electromagnetic coupling;

137999
16367
29/09/2016

Implementation of optical feedback interferometry for sensing applications in fluidic systems

E.E.RAMIREZ MIQUET

OSE

Doctorat : INP de Toulouse, 29 Septembre 2016, 139p., Président: A.HUMEAU HEURTIER, Rapporteurs: E.LACOT, A.LE DUFF, Examinateurs: K.LOUBIERE, Directeurs de thèse: J.PERCHOUX, O.SOTOLONGO COSTA, Membre invité: T.BOSCH , N° 16367

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/tel-01389536

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Résumé

L'interférométrie par réinjection optique est une technique de mesure dont l'implémentation pour l'interrogation de systèmes fluidiques est assez récente. Le principe de mesure est basé sur la perturbation des paramètres d'émission du laser induite par la réinjection dans la cavité laser de lumière rétro - diffusée par une cible distante. La technique p ermet le développement de capteurs compact et non - invasifs qui mesurent différents paramètres liés aux déplacements de la cible. En particulier, les interféromètres par réinjection optique prennent avantage de l'effet Doppler pour mesurer la vitesse de tra ceurs dans les liquides en écoulement. Cet aspect important de la technique de réinjection optique la rend adaptée à une grande variété d'applications dans les domaines du génie chimique et du biomédical où un contrôle des écoulements est requis. Cette thè se présente l'implémentation de capteurs basés sur la réinjection optique pour différents systèmes fluidiques où la vitesse locale d'écoulement ou le débit sont directement mesurés. Nous présentons une étude centrée sur les applications où la réinjection o ptique est utilisée pour la mesure du débit à la micro - échelle avec en particulier une analyse de la robustesse des méthodes de traitement du signal propres aux régimes de diffusion simple et de diffusion multiple. Par ailleurs, nous présentons des résulta ts expérimentaux de mesures ex vivo où le capteur par réinjection optique est proposé comme alternative pour la myographie. Nous présentons également une implémentation temps réel pour l’estimation du débit instantané d'écoulements dynamiques dans une conf iguration milli - fluidique. Un système semi - automatisé de détection de particule unique dans un micro - canal est proposé et démontré. Enfin, un capteur basé sur la réinjection optique est implémenté pour la caractérisation des interactions entre deux fluides immiscibles en écoulement à micro - échelle et les mesures réalisées sont comparées à un modèle développé afin de décrire le comportement hydrodynamique des deux fluides dans un micro - réacteur. Le manuscrit décrit une contribution importante pour l'implémen tation de capteur par réinjection optique pour des applications fluidiques et en particulier micro - fluidiques. Il présente également des résultats expérimentaux remarquables qui ouvrent de nouveaux horizons pour l'interférométrie à réinjection optique.

Abstract

Optical feedback interferometry is a sensing technique with relative recent implementation for the interrogation of fluidic systems. The sensing principle is based on the perturbation of the laser emission parameters induced by the reinjection in the laser cavity of light back-scattered from a distant target. The technique allows for the development of compact and non-invasive sensors that measure various parameters related to the motion of moving targets. In particular, optical feedback interferometers take advantage of the Doppler effect to measure the velocity of tracers in flowing liquids. These important features of the optical feedback interferometry technique make it well-suited for a variety of applications in chemical engineering and biomedical fields, where accurate monitoring of the flows is needed. This thesis presents the implementation of optical feedback interferometry based sensors in multiple fluidic systems where local velocity or flow rate are directly measured. We present an application-centered study of the optical feedback sensing technique used for flow measurement at the microscale with focus on the reliability of the signal processing methods for flows in the single and the multiple scattering regimes. Further, we present experimental results of ex vivo measurements where the optical feedback sensor is proposed as an alternative system for myography. In addition we present a real-time implementation for the assessment of non-steady flows in a millifluidic configuration. A semi-automatized system for single particle detection in a microchannel is proposed and demonstrated. Finally, an optical feedback based laser sensor is implemented for the characterization of the interactions between two immiscible liquid-liquid flowing at the microscale, and the measurement is compared to a theoretical model developed to describe the hydrodynamics of both fluids in a chemical microreactor. The present manuscript describes an important contribution to the implementation of optical feedback sensors for fluidic and microfluidic applications. It also presents remarkable experimental results that open new horizons to the optical feedback interferometry.

Mots-Clés / Keywords
Optical feedback interferometry; Laser diodes; Microfluidics; Flow measurement; Doppler effect; Interférométrie par réinjection optique; Diode laser; Micro-fluidique; Mesure de débit; Effet doppler;

137973
16217
12/07/2016

Étude et modélisation d'un système de transmission d'énergie par couplage inductif pour des systèmes électroniques dans l'environnement automobile

G.VIGNEAU

MINC

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, Juillet 2016, 213p., Président:, Rapporteurs: R.STARAJ, T.P.VUONG, Examinateurs: C.ALONSO, A.GHIOTTO, Membres invités: R.BENBOUHOUT, Y.VASSILIEF, D.DRAGOMIRESCU, Directeurs de thèse: A.TAKACS, M.CHEIKH , N° 16217

Lien : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01362049

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Résumé

Actuellement, les systèmes permettant de transférer de l’énergie dans le but de recharger les accumulateurs d’appareils électroniques sans l’emploi de câble se démocratisent davantage chaque jour. On comprend donc bien l’intérêt de tels systèmes dans des environnements embarqués et confinés tels que l’habitacle d’un véhicule. Le principe de l’induction magnétique réside dans un transfert de flux magnétique entre deux bobines/antennes inductives. Le champ magnétique servira de vecteur au transport d’une puissance électrique d’un dispositif émetteur vers un récepteur. De tels systèmes étant utilisés dans des environnements confinés où cohabitent plusieurs systèmes électroniques, émetteurs ou non d’ondes électromagnétiques, on comprend bien la nécessité de pouvoir estimer de manière correcte les performances intrinsèques du système de chargement inductif. Mais il est également nécessaire d’évaluer l’impact que ces systèmes peuvent avoir sur les autres fonctions électroniques situées à proximité, ou bien la réaction du corps humain à l’exposition électromagnétique qu’il subit. C’est dans ce but là qu’a été développée une méthodologie de co-simulation, permettant de modéliser de manière précise la chaine d’émission-réception de puissance complète. L’aspect électromagnétique est considéré à partir de modèles d’antennes, utilisés pour étudier les possibilités d’optimisation du transfert d’énergie inductif. Ces résultats étant ensuite intégrés dans une modélisation circuit, associant ainsi le comportement des antennes à celui des circuits électroniques réalisant la fonction de transfert d’énergie. Les problématiques de l’exposition du corps humains aux ondes électromagnétiques, de cohabitation inter systèmes ainsi que la présence de corps métalliques potentiellement dangereux à proximité de ces dispositifs de chargement inductif seront également abordées.

Mots-Clés / Keywords
Méthodologie de co-simulation; Modélisation et simulation électromagnétique; Plateforme de chargement inductif; Systèmes électroniques pour automobile; Transfert d'énergie sans fil;

137177
16301
03/06/2016

Contribution à l’intégration des circuits micro-ondes et millimétriques pour les télécommunications

C.VIALLON

MOST

Habilitation à diriger des recherches : 6 Juin 2016, 98p., Président: N.NOLHIER, Rapporteurs: P.FERRARI, C.GAQUIERE, J.GAUBERT, Garant: T.PARRA , N° 16301

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01393201

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Résumé

Les travaux présentés dans cette habilitation traitent de l'intégration des circuits micro-ondes et millimétriques en visant principalement le domaine des télécommunications. Durant plus d'une décennie, notre activité de recherche s'est structurée autour de deux thèmes principaux menés en parallèle et qui sont la conversion de fréquence et le développement d'une nouvelle filière tridimensionnelle de composants passifs inductifs RF. La tendance actuelle vers des architectures radio flexibles et reconfigurables nous a amené à étudier le mélangeur passif à transistors MOS comme possible solution. Malgré ses avantages (linéarité, bruit), ce circuit présente quelques inconvénients que nous avons cherché à corriger qui sont, une difficile montée vers les fréquences millimétriques et des pertes de conversions. Les solutions que nous avons envisagées sont présentées. Les efforts ont été porté à la fois sur des optimisations au niveau du composant (géométrie du transistor MOS) et sur un travail de fond au niveau des topologies des circuits (mélangeur à échantillonnage). Les derniers résultats obtenus sur un mélangeur passif à sous-échantillonnage laissent entrevoir quelques perspectives intéressantes pour les futures architectures de récepteurs millimétriques. Depuis son apparition, la microélectronique fonctionne essentiellement à deux dimensions en procédant à un empilement de couches métalliques. Depuis quelque années, nous étudions une approche originale qui vise à dégager un degré de liberté supplémentaire en permettant la métallisation des flancs d’un pilier de résine. Cette innovation, qui a été breveté, autorise la fabrication de composants passifs en trois dimensions (3D) tels que des solénoïdes et des transformateurs RF. Les améliorations successives du procédé ont permis d'aboutir à des composants extrêmement compacts avec des performances qui se situent actuellement au niveau de l'état de l'art.

137556
15341
11/09/2015

Diodes laser tout cristal photonique émettant à 2,3 µm sur substrat GaSb

B.ADELIN

PHOTO

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 11 Septembre 2015, 127p., Président: A.CAZARRE, Rapporteurs: P.CHRISTOL, B.DAGENS, Examinateurs: D.BARAT, Directeurs de thèse: O.GAUTHIER LAFAYE, A.MONMAYRANT , N° 15341

Lien : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01215980

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Résumé

Les progrès récents des nanotechnologies permettent d'envisager de nouvelles générations de diodes laser. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'apport des cristaux photoniques bidimensionnels pour explorer la faisabilité d'un réseau monolithique de diodes laser tout cristal photonique émettant au voisinage de 2,3 µm en filière GaSb. Chaque laser doit répondre à un certain nombre de critères : - une émission monomode à une longueur d'onde stable et précise - une émission fine spectralement avec une puissance de sortie élevée - une longueur d'onde accordable, présentant aucun saut de mode sur la gamme d'accordabilité - un fonctionnement à température ambiante, sous pompage électrique et en régime continu. Ces critères répondent au cahier des charges de la technique de spectroscopie d'absorption à diodes laser accordables multiplexées (MTDLAS : Multiplexed Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy). La technique de MTDLAS est ici mise en œuvre pour les applications de détection de gaz dans le moyen infra-rouge (MIR), soit la gamme de longueur d'onde allant de 2 à 5 µm. Cette gamme de longueur d'onde présente plusieurs fenêtres de transparence (autour de 2,3 µm et de 3,4 à 4 µm) où l'absorption par la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone est très faible. L'existence de ces fenêtres est mis à profit pour la détection de molécules gazeuses de l'atmosphère, telles que le monoxyde de carbone ou le méthane. Pour mes travaux de thèse, la longueur d'onde d'émission laser retenue est de 2,3 µm. Cette longueur d'onde correspond à la fenêtre de transparence pour la détection notamment du CH4, du CO et du HF. Ainsi, ce mémoire présente la conception de diodes laser tout cristal photonique, et le développement d'un procédé de fabrication de ces diodes lasers, qui a mené à la réalisation, actuellement en cours, d'une série de composants. Nous montrons qu'une déformation de la maille photonique, associée à une optimisation de la largeur du guide, permet d'obtenir un fonctionnement monomode stable. Se basant sur ce principe, plusieurs géométries de mailles de cristaux photoniques ont été étudiées. Puis, nous nous attachons à lever le verrou technologique de la gravure profonde à fort rapport d'aspect dans les alliages AlGaAsSb. Pour cela, nous présentons des études paramétriques de gravure, conduisant à la mise au point d'un procédé optimisé de gravure profonde. Des profondeurs de gravure de 3,4 µm pour des trous de 370 nm de diamètre, soit un rapport d'aspect de plus de 9, ont ainsi pu être atteintes. Cette étape critique de gravure a été insérée dans un procédé technologique de fabrication de diodes laser tout cristal photonique, que nous avons mis au point. La réalisation d'une série de composants est actuellement en cours.

Abstract

Recent advances in nanotechnology allow considering new generations of laser diodes. The purpose of this thesis is to study the contribution of two‐dimensional photonic crystals to design and fabricate a monolithic array of laser diodes emitting near 2.3 μm in GaSb system. Each laser in the array has to respond to stringent criteria : a stable and precisely predefined single‐mode emission wavelength, high output power, tunable wavelength with no mode hopping over the tunability range. Moreover, such device should operate at room temperature, under electrical pumping and continuous regime. These criteria respond to the specifications of the technique of Multiplexed Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (MTDLAS). The MTDLAS technique is here implemented for gas sensing applications in the Mid‐wavelength infrared (MidIR), corresponding to the wavelength range from 2 to 5 microns. This wavelength range contains two transparency windows (around 2.3 μm and from 3.4 to 4 μm), where the absorption by water vapor and carbon dioxide is reduced. The existence of these windows is harnessed for the detection of gaseous molecules in the atmosphere, such as carbon monoxide or methane. For my thesis work, the chosen wavelength of laser emission is 2.3 μm. This wavelength corresponds to a transparency window allowing detection of CH4, CO and HF. This dissertation presents the design of all photonic crystal laser diode, and the development of a manufacturing process of such device, which led to the production of a set of components. We show that the engineering of the photonic lattice combined with an optimization of the width of the laser waveguide provide stable, single‐mode emission operation. Based on this principle, several geometries for photonic crystal lattice were studied. Then we tackle the technological challenge of deep etching with high aspect ratio in AlGaAsSb alloys. For this, we present parametric studies of etching, leading to the development of an optimized process for deep etching. We succeed to etch holes of 370 nm diameter and 3.4 μm depths, corresponding at an aspect ratio in excess of 9. We have developed a technological manufacturing process of all photonic crystal laser diodes, where this critical etching step has been successful inserted. This led to the realization of a set of components.

Mots-Clés / Keywords
Diodes laser; GaSb; Gravure ionique réactive; Laser à cristaux photoniques; Laser à semiconducteur; Nanophotonique; Cristaux photoniques; Laser diodes; Reactive ion etching; Photonic crystals laser; Semiconductor lasers; Nanophotonics; Photonic crystals;

135314
15552
30/06/2015

Linéarisation à base de réseaux de neurones pour amplificateurs de puissance

B.MULLIEZ

OSE

Doctorat : INP de Toulouse, Juin 2015, 214p., Président: J.D.LEGAT, Rapporteurs: J.B.BEGUERET, P.NOUET, Examinateurs: O.BERNAL, L.GATET, Directrice de thèse: H.TAP , N° 15552

Lien : https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01241354

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Abstract

The spectacular growth of space telecommunications during the last two decades requires an always higher data transmission speed and a flawless service quality. Nevertheless, in order to optimize the link budget and the spectral efficiency, the embedded High Power Amplifiers (HPA) are used close to their saturation point, which leads to strongly non-linear emitted signals. To circumvent this issue, a linearizer is often implemented before the amplifier. However, the linearization devices used today are not able adapt to different amplifiers or to HPA characteristics drift under the influence of aging and temperature variations : they are not adaptive. The objective of the work presented in this dissertation is the design of an innovating architecture capable of linearizing several HPA transfer characteristics. Analog Neural Networks (ANN) provide attractive performances for non-linear functions modelling and are reconfigurable. They are therefore a relevant choice to respond to this specific issue. First, a patented, innovating, generic, fast and accurate technique to determine the predistortion functions is detailed and used with the characteristics of three HPA provided by the French Space Agency (CNES). Then, the modelling of these predistortion functions with neural networks and behavioral static and dynamic simulations of these networks validate the concept of adaptive analog predistortion based on neural networks. Eventually, an analog predistortion ASIC, designed in a CMOS 0.35μm technology, including a neural network and an innovative configurable phase-shifting circuit, is described. The integrated circuit is able to generate the different predistortion functions and will be later embedded in a test-bench to demonstrate its ability to adaptively linearize several High Power Amplifiers.

Résumé

L’essor des télécommunications spatiales au cours des deux dernières décennies impose de transmettre les données à des débits toujours plus importants et avec une qualité de service irréprochable. Néanmoins, afin d’obtenir un bilan de liaison et une efficacité spectrale optimaux, l’amplificateur de puissance embarqué doit être utilisé près de sa zone de saturation, ce qui entraîne de fortes non-linéarités des signaux émis. Afin de contourner ce problème, les amplificateurs sont souvent précédés d’un linéariseur. Les dispositifs de linéarisation embarqués actuellement sont toutefois incapables de s’adapter à différents amplificateurs ou de prendre en compte les dérives des caractéristiques des amplificateurs au cours du temps et en fonction de la température : ils ne sont pas adaptatifs. L’objectif de cette thèse est de concevoir une architecture innovante capable de linéariser différentes caractéristiques de transfert d’amplificateurs de puissance. Les réseaux de neurones analogiques offrent des performances intéressantes d’approximation de fonctions non-linéaires et sont reconfigurables. Ils représentent donc une solution pertinente pour répondre à cette problématique. Tout d’abord, une technique innovante, générique, rapide et précise d’extraction des fonctions de prédistorsion, ayant fait l’objet d’un brevet, est présentée et appliquée aux caractéristiques de trois amplificateurs fournies par le CNES. La modélisation de ces fonctions de prédistorsion par des réseaux de neurones valide ensuite, grâce à des simulations comportementales statiques et dynamiques, le concept de prédistorsion analogique adaptative par réseaux de neurones. Enfin, un ASIC analogique de prédistorsion, développé en technologie CMOS 0, 35μm, comprenant un réseau de neurones et un circuit de déphasage réglable novateur est présenté. Le circuit, capable de générer les différentes fonctions de prédistorsion avec une grande précision, pourra par la suite être intégré dans un banc de test permettant de linéariser de manière adaptative divers amplificateurs de puissance afin d’en évaluer les performances réelles.

Mots-Clés / Keywords
Prédistorsion; Amplificateur de puissance; Réseau de neurones; CMOS; ASIC; Linearization; Predistortion; Power amplifier; Neural Networks; Linéarisation;

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